철은 우리의 일상생활, 산업, 농업, 국방 등에서 떼려야 뗄 수 없는 소재다. 인류가 철기시대를 맞이한 이후 철은 획기적인 대표 소재가 됐다.
순철은 매우 무른 금속이므로 칼, 총, 냄비, 쟁기를 만드는 데 사용할 수 없습니다. 하지만 순철에 일정량의 탄소가 포함되면 우리가 다양한 용도로 사용하는 강철이 됩니다. 탄소 함량이 0.02% 이상인 순철은 경도가 낮은 저탄소강이 되어 선재를 인발하거나 얇은 백철판을 압연하는 데 사용할 수 있다. 탄소 함량이 0.25%~0.6% 범위인 강철을 중탄소강이라고 하며, 경도가 중간 정도이고 건축용 강철, 강판, 못 및 기타 제품으로 압연할 수 있습니다. 철의 탄소 함량이 0.6~2.0%이면 경도가 매우 높은 고탄소강이 되어 칼, 총, 주형 등을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 저, 중, 고탄소강을 총칭하여 "탄소강"이라고 합니다. 철의 탄소 함량이 2.0%를 초과하면 단단하고 부서지기 쉬운 선철이 되어 주철 냄비, 라디에이터, 쟁기 등에 사용할 수 있습니다. 일반적으로 선철의 탄소 함량은 3.5%-5.5%입니다. 따라서 순철, 강철 및 선철의 차이점은 주로 철의 탄소 함량에 있습니다.
철과 강철을 생산할 때 철광석은 먼저 제철 용광로에서 탄소와 함께 철로 환원되는 동시에 철도 4.5%~5.5%의 탄소를 흡수한 다음, 선철은 제강로에 투입된 후, 탄소 및 기타 불순물이 산소로 산화 및 제거되어 필요한 함량으로 환원됩니다. 즉, 다양한 탄소 함량을 갖는 탄소강이 만들어집니다. '월드메탈헤럴드'에 보도된 국제철강협회 통계에 따르면, 2002년 상반기(1~6월) 우리나라 철강 누적 생산량은 8480만톤으로 같은 기간 세계 1위를 기록했다. 세계 10대 철강 생산국을 순서대로 나열했는데, 2위는 일본(5,230만톤), 3위는 미국(4,440만톤), 4위는 러시아(2,840만톤)(CIS는 4,840만톤) ), 5위는 독일로 2,240만톤(EU 15개국 합계 8,040만톤)이며, 6위는 한국이 2,230만톤, 7위 우크라이나가 1,650만톤, 8위 브라질이 1,410만톤이다. 9위 인도 1400만톤, 10위 이탈리아 1340만톤으로 영국 607만톤으로 17위다.
과학 기술이 발전함에 따라 탄소강만으로는 더 이상 강도, 경도, 인성, 탄성, 내식성 등 측면에서 현대 산업, 농업 및 국방의 요구를 충족시킬 수 없습니다. 금속학자들은 강철에 다른 원소를 첨가하면 탄소강의 특성이 향상되어 탄소강이 더 우수하고 특별한 특성을 얻을 수 있고 용도와 사용 범위가 확대되어 다양한 합금강이 개발될 수 있다는 사실을 발견했습니다. 일반 탄소강을 기준으로 실리콘, 망간, 철, 티타늄, 니오븀, 붕소, 희토류 및 기타 합금 원소를 총 함량의 5% 미만으로 첨가하면 동일한 탄소강보다 강도가 더 높은 일반 탄소강이 됩니다. 탄소 함량은 30~40%인 저합금 고강도강을 만들 수 있으며, 강철 1톤은 강철 1.3~1.4%를 지탱할 수 있습니다. 탄소가 1% 함유된 탄소강에 크롬을 6~15% 첨가하면 다양한 고급 볼강, 구름베어링강을 생산할 수 있습니다. 강철에 13~19%의 크롬을 첨가하면 자성 스테인리스강이 되며, 이 강철에 9%의 니켈을 첨가하면 비자성 스테인리스강이 되기 때문에 자성의 유무를 식별할 수는 없습니다. 스테인레스 스틸인지 여부는 일상 생활에서 사용되기 때문입니다. 대부분의 스테인레스 스틸은 자성을 띠고 자석으로 집을 수 있습니다. 0.06% 미만의 탄소를 함유하고 8~27%의 크롬과 4.5~6.5%의 알루미늄을 첨가한 강철을 전열합금이라고 하며, 이를 선으로 만들어 전기로에 감으면 최고 온도가 1200°C까지 가열됩니다. 중탄소강에 망간을 1% 첨가한 강스프링은 특히 탄성이 좋습니다. 고탄소강에 2% 망간과 소량의 몰리브덴을 첨가하면 매우 단단해지며 칼, 총, 파쇄기의 죠 플레이트 등으로 사용할 수 있어 수명이 매우 깁니다. 고속도강은 강철에 텅스텐 9~18%와 소량의 바나듐을 첨가해 만든다. 저탄소강에 소량의 몰리브덴과 크롬을 첨가하여 고온에서 내열성, 비박편강이 됩니다. 저탄소강에 규소를 2.5~4% 첨가하면 투자율이 매우 좋은 규소강판을 생산할 수 있으며, 압연하여 모터, 변압기 등을 만들 수도 있습니다. 영구자석 합금은 저탄소강에 알루미늄 12%, 니켈 25%를 첨가해 만든 것으로 영구자석을 만드는 데 사용할 수 있다. 고탄소강에 실리콘을 적당량 첨가하면 내마모성과 윤활성을 모두 갖춘 흑연강을 생산할 수 있으며, 사용 중 윤활유에 적합하지 않고 내마모성이 요구되는 기계부품 및 베어링 제조에 사용할 수 있습니다. 강철에 희토류 금속을 첨가하면 강철의 인성이 향상되고, 선철에 희토류 금속과 마그네슘을 첨가하면 강철과 동일한 강도와 인성을 지닌 연성이 있는 철로 변할 수 있습니다. 붕소는 비정질 합금 및 하이테크 NdFeB 합금에 없어서는 안될 비금속 원소입니다. 철과 강철에 다양한 금속 및 비금속 원소를 첨가하면 그 특성이 무한히 다양해지고 다양해집니다.
철강에 다양한 금속, 비금속 원소를 첨가하면 산업, 농업, 국방, 과학기술, 생활 등 다양한 분야에 응용될 수 있는 다양한 첨단 신금속 소재를 만들어 더욱 찬란한 새 시대를 열어갈 수 있습니다.